KR102335468B1

KR102335468B1 - 마이크로펌프

Info

Publication number: KR102335468B1
Application number: KR1020207018134A
Authority: KR
Inventors: 토마스 뷔즈; 알렉상드르 페리에; 크리스티앙 후버; 마티아스 뮬러
Original assignee: 젠질레 메디칼 아게
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2021-12-06
Also published as: EP3732375B1; US20200378375A1; EP3505757A1; AU2018397071A1; US11009018B2; JP7039709B2; KR20200100084A; JP2021508016A; WO2019129532A1; CN111527306B; EP3732375A1; CA3085511A1; CN111527306A

Abstract

고정자(4) 및 고정자에 대해 축방향으로 회전 가능하게 이동할 수 있는 회전자(6)를 포함하는 펌프(2)가 개시되며, 고정자는 회전자 샤프트 수용 공동(18)과, 회전자 샤프트 수용 공동(18)에 유동 가능하게 연결된 입구(14)와 출구(16)를 포함하며, 회전자는 회전자 샤프트 수용 공동(18)에 수용되는 샤프트(24)를 포함한다. 회전자 샤프트(24)는 내부에 고정자의 피스톤 부분(12)을 수용하여 피스톤 챔버(42)를 형성하는 회전자 공동(39)과, 피스톤 부분(12)과 공동(39)의 내부 측벽 사이에 장착되어 피스톤 챔버(42)의 단부를 밀봉 가능하게 폐쇄하는 시일(44)을 포함한다. 회전자는 피스톤 챔버(42)를 회전자 샤프트(24)의 외부 표면(60)에 유동 가능하게 연결하는 포트(38)를 더 포함하고, 포트(38)는 펌프 흡입 단계에 해당하는 회전자의 회전각(α)에 걸쳐 적어도 부분적으로 입구(14)와 중첩되도록 배치되고, 펌프 배출 단계에 해당하는 회전자의 회전각(β)에 걸쳐 적어도 부분적으로 출구(16)와 중첩되도록 배치된다.

Description

마이크로펌프

본 발명은 마이크로펌프에 관한 것이다. 마이크로펌프는 특히 의료적 응용에서 사용하기 위해, 예를 들어, 약물 전달 장치에서 소량의 액체를 분배하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 관련된 마이크로펌프는 소량의 액체의 고정밀 전달을 요구하는 비-의료적 응용에서 사용될 수도 있다.

특히 의료적 및 비-의료적 응용에서 사용될 수 있는, 소량의 액체를 전달하기 위한 마이크로펌프는 EP1803934 및 EP1677859에 기술되어 있다. 상기한 문헌에 기술된 마이크로펌프는, 회전자의 각 변위(angular displacement)와 축방향 변위(axial displacement)의 함수로서 각각의 시일(seal)을 통한 액체 연통을 개폐하는 제 1 및 제 2 밸브를 생성하도록, 고정자의 제 1 및 제 2 시일과 맞물리는 다양한 직경의 제 1 및 제 2 축방향 연장부(extension)를 갖는 회전자를 포함한다. 고정자의 제 1 및 제 2 시일 사이에 펌프 챔버(pump chamber)가 형성되고, 따라서 회전자의 회전 사이클당 펌핑되는 액체의 양은, 회전자의 제 1 및 제 2 축방향 연장부 사이의 직경 차이 및 회전자의 축방향 변위 모두의 함수이며, 회전자의 축방향 변위는 고정자에 대한 회전자의 각 위치(angular position)의 함수로서 캠 시스템(cam system)에 의해 영향을 받는다.

회전자의 지속적인 회전에 의해 소량의 액체를 펌핑하는 능력은 많은 상황에서 유리하다. 회전 사이클당 펌핑되는 소량의 양의 액체를 고려하면, 회전 구동부(rotary drive) 출력은 일반적으로 피스톤 펌프의 피스톤을 전진시키기 위한 스크류 메커니즘(screw mechanism)의 속도보다 큰 속도로 회전할 수 있다. 회전 구동부는 제어가 간단하고 피스톤 메커니즘을 피함으로써 펌프를 매우 컴팩트하게 만들 수 있다. 또한, 펌프 모듈은 저가의 일회용 부품, 예를 들어 사출 중합체(injected polymer)로 제조될 수 있다.

특정 응용에서, 특히 마찰에 민감한 분자를 함유하는 액체를 펌핑하기 위해, EP1803934에 기술된 펌프의 회전자 샤프트와 밸브 시일 사이의 마찰은 그러나 바람직하지 않을 수 있다. 이는 예를 들어 전단 응력(shear stress)에 민감한 특정 단백질과 같은 큰 분자의 문제일 수 있다.

상기한 문제는 다른 펌프 시스템, 특히 피스톤 로드에 의해 전진되는 플런저를 구비한 카트리지를 포함하는 피스톤 펌프 또는 펌프를 제공함으로써 극복될 수 있다. 그러나 이러한 펌프 시스템은 피스톤 메커니즘의 길이를 고려할 때 매우 경제적이지 않고 컴팩트하지도 않다. 피스톤 펌프 시스템의 신뢰성과 안전성은 액체 용기와 펌프 시스템의 출구 사이의 직접적인 유체 연통을 본질적으로 차단하지 않기 때문에 또한 문제가 될 수 있다.

상기한 관점에서, 본 발명의 목적은 소량의 액체를 신뢰할 수 있고 안전한 방식으로 펌핑할 수 있는 마이크로펌프를 제공하는 것이다.

특정 응용에서, 펌핑되는 액체에 전단 응력을 가하지 않는 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

매우 컴팩트한 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

제조하기에 경제적이며, 약물 전달 장치의 일회용 부품에서와 같이 일회용의 재사용 불가능한 구성요소에 포함될 수 있는 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 마이크로펌프에 의해 달성된다.

고정자 및 고정자에 대해 축방향으로 회전 가능하게 이동할 수 있는 회전자를 포함하는 마이크로펌프가 본원에 개시되며, 고정자는 회전자 샤프트 수용 공동(rotor shaft receiving cavity)과, 회전자 샤프트 수용 공동에 유동 가능하게 연결된 입구와 출구를 포함하며, 회전자는 회전자 샤프트 수용 공동에 수용되는 샤프트를 포함한다. 회전자 샤프트는 내부에 고정자의 피스톤 부분을 수용하여 피스톤 챔버를 형성하는 회전자 공동(rotor cavity)과, 피스톤 부분과 회전자 공동의 내부 측벽 사이에 장착되어 피스톤 챔버의 단부를 밀봉 가능하게 폐쇄하는 시일을 포함하고, 회전자는 피스톤 챔버를 회전자 샤프트의 외부 표면에 유동 가능하게 연결하는 회전자 샤프트 포트(port)를 더 포함하고, 회전자 샤프트 포트는 펌프 흡입 단계에 해당하는 회전자의 회전각(α)에 걸쳐 적어도 부분적으로 입구와 중첩되도록 배치되고, 펌프 배출 단계에 해당하는 회전자의 회전각(β)에 걸쳐 적어도 부분적으로 출구와 중첩되도록 배치된다.

유리한 실시형태에서, 회전자 샤프트 포트는 회전자 외부 표면에 큰 직경과 회전자 공동을 향한 작은 직경을 갖는 볼록하거나 테이퍼진 형태를 갖는 유입 부분(entry portion)을 포함한다.

유리한 실시형태에서, 입구는 적어도 30°의 각 세그먼트(angular segment)에 걸쳐 연장되는 직사각형 형태를 갖는다.

유리한 실시형태에서, 출구는 적어도 30°의 각 세그먼트에 걸쳐 연장되는 직사각형 형태를 갖는다.

유리한 실시형태에서, 입구는 30° 내지 120°에서 회전자 샤프트 수용 공동의 내부 표면을 따라 회전축(A) 주위에서 소정 각도에 걸쳐 연장된다.

유리한 실시형태에서, 출구는 30° 내지 120°에서 회전자 샤프트 수용 공동의 내부 표면을 따라 회전축(A) 주위에서 소정 각도에 걸쳐 연장된다.

유리한 실시형태에서, 피스톤 부분은 고정자의 베이스 벽으로부터 연장되고, 회전자 샤프트의 단부는 베이스 벽에 인접하게 배치된다.

유리한 실시형태에서, 고정자와 회전자는 고정자에 대한 회전자의 각 변위의 함수로서 고정자에 대한 회전자의 축방향 변위를 정의하는 캠 시스템을 포함한다.

유리한 실시형태에서, 펌프는 커플링을 통해 회전자에 회전 결합된 회전 구동부를 포함하고, 커플링은 고정자를 향해 회전자에 힘(Fx)을 가하는 편향 메커니즘(biasing mechanism)을 포함한다.

유리한 실시형태에서, 캠 시스템은 회전자와 고정자 중 하나 상의 캠 트랙(cam track), 및 고정자와 회전자 중 하나 상의 캠 팔로워(cam follower)를 포함하고, 캠 트랙과 캠 팔로워는 회전자의 헤드의 외경에 배치되고, 헤드는 회전자 샤프트의 단부에 연결된다.

또 다른 실시형태에서, 펌프는, 회전자와 고정자 사이에 배치되고 회전자 샤프트 상의 포트의 유입 부분을 덮도록 배열되는 탄성막(elastic membrane)을 더 포함할 수 있으며, 막은 피스톤 챔버의 압력보다 큰 입구 측의 압력으로 인해 유입 부분 내로 변형될 수 있다.

일 실시형태에서, 막은 고정자에 회전 불가능하게 고정될 수 있다.

일 실시형태에서, 막은 회전자에 고정되고 포트의 유입 부분을 덮을 수 있다.

본 발명의 추가의 목적 및 유리한 특징은 청구 범위, 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명백할 것이다, 도면에서:
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 마이크로펌프의 펌프 모듈의 개략적인 단면도이고;
도 2a 내지 도 2d는 액체의 흡입에서 배출까지 제 1 실시형태에 따른 펌프의 펌프 사이클에서 상이한 네 개의 회전자 위치를 도시하는 개략적인 단면도이고;
도 3a 내지 도 3c는 제 1 실시형태의 세 가지 변형예에 따라 360° 회전 사이클에 걸쳐 고정자 입구 및 출구에 대한 회전자 밸브 포트의 전개 변위 프로파일을 도시하는 도면이고;
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 마이크로펌프의 펌프 모듈의 개략적인 단면도이고;
도 5a 내지 도 5d는 액체의 흡입에서 배출까지 제 2 실시형태에 따른 펌프의 펌프 사이클에서 상이한 네 개의 회전자 위치를 도시하는 개략적인 단면도이고;
도 6은 제 2 실시형태에 따라 360° 회전 사이클에 걸쳐 고정자 입구 및 출구에 대한 회전자 밸브 포트의 전개 변위 프로파일을 도시하는 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로펌프(2)는 고정자(4) 및 회전 구동부(8)에 결합된 회전자(6)를 포함하고, 회전 구동부는 고정자(4)에 대해 축(A) 주위로 회전자(6)를 회전시킨다. 회전자(6)는 또한 고정자에 대해 축방향으로 이동할 수 있고, 축방향(Ax)은 회전축(A)과 정렬된다.

회전 구동부(8)는 커플링(30)을 통해 회전자(6)에 결합되는데, 이는 모터에 대한 회전자의 축방향 변위를 허용하면서 회전 구동부의 출력을 회전자에 회전 결합시킨다. 커플링(30)은 예를 들어 고정자(4)를 향해 축방향 힘(Fx)을 가하는 코일 스프링과 같은 스프링 형태의 편향 메커니즘(36)을 포함한다.

회전자와 고정자는 회전자의 각 변위의 함수로서 회전자의 축방향 변위를 정의하는 캠 시스템(28)을 포함한다. 캠 시스템(28)은 상보적 캠 팔로워(34)에 대해 편향된 캠 트랙(32)을 포함할 수 있고, 편향 메커니즘(36)은 캠 팔로워가 캠 트랙에 대해 가압되도록 한다. 캠 트랙(32)은 고정자에 대한 회전자의 각 위치의 함수로서 고정자에 대한 회전자의 축방향 위치를 정의하는 프로파일(P)을 갖는다.

360° 회전 사이클에 걸쳐 전개된 캠 트랙 프로파일(P)의 예가 도 3 및 6에 도시되어 있다.

도시된 실시형태에서, 캠 트랙(32)은 회전자(6)의 헤드(22) 상에 형성되는 반면, 상보적 캠 팔로워(34)는 고정자(4)의 테두리 상에 제공된다. 그러나 숙련자는 캠 팔로워가 회전자 상에 제공될 수 있고, 캠 트랙이 고정자 상에 제공될 수 있다는 것을 알 것이다.

도시된 실시형태에서, 편향 메커니즘(36)과 캠 시스템(28)은 회전자의 각 위치의 함수로서 고정자에 대한 회전자의 축방향 변위를 정의하는 축방향 변위 시스템을 함께 형성하지만, 다른 축방향 변위 시스템도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구현될 수 있다. 예를 들어, 축방향 변위는 회전 구동부에 결합된 전자기 액추에이터(electromagnetic actuator)에 의해 달성될 수 있거나, 회전 및 축방향 이동을 모두 출력하는 구동부에 의해 제공될 수 있다.

고정자(4)는 공동(18)을 포함하고, 회전자(6)는 공동(18) 내에 회전 가능하고 슬라이딩 가능하게 삽입되는 샤프트(24)를 포함한다. 회전자 샤프트 수용 공동(18)은 특히 회전자 샤프트(24)의 외부 표면에 근접한 원통형 내부 표면을 가질 수 있는 측벽(50)을 포함한다. 고정자(4)는 입구(14)와 출구(16)를 포함한다. 회전자의 회전 방향에 따라 입구는 출구가 될 수 있고 출구는 입구가 될 수 있음을 알 것이다. 변형예에서, 펌프는 펌프를 통한 액체의 양방향 펌핑을 위해 가역적일 수 있고, 방향은 회전자의 회전 방향에 따라 결정된다. 대안적으로, 펌프는 단방향으로 구성되어, 펌프를 통해 유체를 한 방향으로만 펌핑하기 위해 회전자를 한 방향으로만 회전시킬 수 있다.

도시된 실시형태에서, 입구와 출구 모두는 고정자의 측벽(50)을 통해 연장되지만, 입구 및/또는 출구는, 응용 및 원하는 구성의 함수로서, 고정자의 다양한 위치에서 액체 공급원 또는 액체 출력 장치로의 결합을 위해 고정자의 몸체 내에서 연장되는 다양한 형태의 채널로서 형성될 수 있음을 알 것이다.

본 발명의 실시형태에 따른 마이크로펌프는 액체 약물을 환자에게 투여하기 위한 약물 전달 장치에 유리하게 사용될 수 있다. 따라서, 출구는 약물의 경피 투여를 위해 바늘에, 또는 환자에 연결되는 카테터 또는 다른 액체 도관에 연결될 수 있다. 입구는 약물 유리병, 카트리지 또는 다른 액체 약물 공급원에 연결될 수 있다.

마이크로펌프는 회전자(6)와 고정자(4) 사이에 시일(26)을 더 포함하고, 시일은 고정자 공동의 삽입 단부(54)에 근접한 고정자의 회전자 샤프트 수용 공동(18) 내에 배치된다. 도시된 실시형태에서, 고정자(4) 상의 캠 팔로워는 삽입 단부(54)로부터 돌출된다.

회전자(6)는 공동(39)을 포함하고, 고정자(4)는 공동(39) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되는 피스톤 부분(12)을 포함한다. 밀봉 링(sealing ring, 44)은 공동(39)과 피스톤 부분(12) 사이의 피스톤 부분 주위에 배치된다. 피스톤 챔버(42)는 따라서 자유 단부(56), 시일(44) 및 회전자 공동(39)을 한정하는 내벽(58) 사이에 형성된다. 피스톤 챔버(42)는 포트(38)를 통해 회전자 샤프트(24)의 외부 표면(60)에 유동 가능하게 연결된다.

도시된 실시형태에서, 포트(38)는 공동(39)으로부터 연장되는 채널(46) 및 회전자 샤프트 외부 표면(60)으로부터 연장되는 유입 부분(40)을 포함한다. 외부 표면(60)은 특히 본질적으로 원통형 표면일 수 있다. 유입 부분(40)은 채널(46)에 대해 확대되며, 예를 들어 외부 표면(60)에 큰 개구 및 채널(46)을 향해 연결되는 더 작은 부분을 갖는 실질적으로 테이퍼진 깔때기 또는 컵 형태를 가질 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 제 1 실시형태에서, 고정자에 대한 회전자의 회전 동안, 포트(38)의 유입 부분(40)은 입구(14)와 출구(16)에 대해 축방향으로 회전 가능하게 이동하고, 따라서 회전자(6) 내의 피스톤 챔버(42)는 펌프 사이클의 흡입 부분 동안 입구와 액체 연통할 수 있고 이후 펌프 사이클의 배출 부분 동안 출구와 액체 연통할 수 있다. 시일(45)은 회전자 샤프트 수용 공동(18)의 내측에서 입구(14)를 둘러싸고, 시일(45)은 회전자 샤프트 수용 공동(18)의 내측에서 출구(16)를 둘러싸며, 이들 시일은 회전자 외부 표면(60)에 대해 편향된다. 유입 부분(40) 주위에 시일(미도시)이 또한 제공될 수 있다. 입구 및 출구 시일(45)은 입구와 출구를 통해 흐르는 액체가 고정자 내에서 회전자 샤프트와 수용 공동(18) 사이의 공간으로 누출되지 않도록 한다.

펌프 사이클의 흡입 부분 동안, 회전자의 유입 부분(40)은 흡입 각도(α)에 걸쳐 입구(14)의 일부와 중첩되고, 이에 따라 축방향 변위 시스템이 회전자 상에 축방향 운동(Ax)을 가함으로써, 피스톤 챔버(42)의 공간이 증가하고 입구(14)로부터 피스톤 챔버(42)로 액체를 유입시킨다. 회전자가 흡입 각도(α)를 통과한 후, 포트(38)는 측벽(50)의 내부 표면에 의해 폐쇄되고 입구(14) 또는 출구(16)와 중첩되지 않는다.

회전자의 회전 이후, 포트(38)가 출구(16)와 중첩될 때 배출 단계가 시작된다. 펌프 사이클의 배출 단계는, 포트(38)가 출구(16)와 적어도 부분적으로 중첩된 상태로 유지되고 회전자(6)는 피스톤 챔버(42)의 공간이 감소되도록 고정자(4)에 대해 변위되는, 배출 각도 범위(β)에 걸쳐 발생한다.

흡입 단계 동안, 회전자 샤프트 포트(38)와 고정자 입구(14)의 중첩은 개방된 입구 밸브(V1)를 형성하는 반면, 회전자 샤프트 포트(38)와 고정자 출구(16)의 중첩은 개방된 출구 밸브(V2)를 형성한다. 입구 및 출구 밸브(V1, V2)는, 회전자 샤프트 포트(38)가 입구(14) 및 출구(16)와 중첩되지 않을 때, 흡입 펌프 사이클 단계와 배출 펌프 사이클 단계 사이의 특정 각 회전에 걸쳐 폐쇄된다.

회전자 공동(39)에 삽입된 고정자 피스톤 부분(12)은 유리하게 피스톤 챔버(42)가 입구와 출구의 높이에 배치되고 거의 완전히 비워지게 하여, 흡입 및 배출 동작 사이의 데드 볼륨(dead volume)을 감소시킨다. 또한, 작은 직경의 회전자 공동(39) 및 대응하는 고정자 피스톤을 제공함으로써 회전자 샤프트의 치수에 비해 사이클당 펌핑되는 양이 작아지게 할 수 있다.

피스톤 부분(12)은 또한 회전자 샤프트의 중심 및 안내를 편리하게 개선하여 회전자 샤프트의 회전 및 축방향 안내를 개선하는 한편, 회전자와 고정자 사이의 시일(44)에 의한 마찰력을 또한 감소시킨다. 또한 유리하게, 입구(14)는 입구(14)와 출구(16) 사이의 포트(38)의 폐쇄 위치로 인해 출구(16)와 직접 유체 연통할 수 없다. 입구(14)는 축(A)을 중심으로 회전각(α')에 걸쳐 연장되는 직사각형 슬롯 형태를 구비할 수 있는데, 이는 흡입 각도(α)에 걸쳐 회전자 포트(38)와 중첩될 수 있고, 이때 회전자는 축방향 변위를 달성하여 흡입 펌프 사이클 단계 동안 펌프 챔버(42) 공간을 증가시킨다. 출구(16)는 축(A)을 중심으로 회전각(β')에 걸쳐 연장되는 직사각형 슬롯 형태를 구비할 수 있는데, 이는 배출 각도(β)에 걸쳐 회전자 포트(38)와 중첩될 수 있고, 이때 회전자는 축방향 변위를 달성하여 배출 펌프 사이클 단계 동안 펌프 챔버(42) 공간을 감소시킨다. 유리한 실시형태에서, 흡입 단계의 회전각(α)과 배출 단계의 회전각(β)은 각각 60 내지 120°의 범위에 있을 수 있다. 이는 한편으로 펌프 챔버를 각각 채우고 비우기 위한 회전자의 원활한 축방향 변위를 달성할 수 있는 충분한 각도 범위를 제공하면서, 밸브가 입구와 출구 사이의 안전 마진으로 폐쇄될 수 있게 한다.

본 발명의 범위 내에서, 흡입 각도(α)는 배출 각도(β)와 다를 수 있다는 것을 알 수 있다.

유리한 실시형태에서, 흡입 각도(α)는 예를 들어 도 3b에 도시된 바와 같이 배출 각도(β)보다 크다. 상기한 실시형태에서, 펌프 사이클의 흡입 단계는 기포 발생과 같은 관련된 부작용을 방지할 수 있도록 액체의 부압을 감소시키기 위해 배출 단계보다 느리다. 많은 응용에서 액체는 높은 배출 유량 및 압력을 지원할 수 있기 때문에 배출 단계는 더 짧을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 또 다른 변형예에서, 예를 들어 도 3c에 도시된 바와 같이, 배출 단계보다 짧은 흡입 단계를 갖기 위해 관계를 역전시키는 것도 가능하다. 더 느린 배출 단계는 예를 들어 특정 응용에서 배출 단계 동안 액체의 충격 전달을 감소시키기 위해 바람직할 수 있다.

도 3a에 도시된 실시형태에서, 흡입 및 배출 단계는 실질적으로 동일하지만, 상기한 바와 같이 입구와 출구의 각도 범위는 원하는 흡입 및 배출 압력과 유량에 따라 축방향 변위 시스템과 관련하여 변경될 수 있다.

각 변위(Φ)의 함수로서 축방향 변위 프로파일(P)은 또한 액체의 흡입 및 배출 유량을 제어하고 최적화하도록 변경될 수 있다.

도 4, 도 5a 내지 도 5d 및 도 6에 도시된 제 2 실시형태에서, 피스톤 챔버(42)는 입구(14) 또는 출구(16)와 직접 유체 연통하지 않는다. 고정자 측벽(50)의 내부 표면에 고정된 막(20)은 회전자의 외부 표면(60)과 고정자 공동(18)의 내부 표면(62) 사이에 장착된다. 막(20)은 탄성적이고, 유입 부분(40)과 유체 연통하는 피스톤 챔버(42)에 저압이 있을 때 유입 부분(40) 내로 흡입되도록 구성된다. 흡입 단계 동안, 피스톤 챔버(42)의 증가된 공간은 피스톤 챔버에서 저압을 생성하고, 이는 막(20)의 일부를 유입 부분(40)으로 흡입시킨다. 흡입 펌프 사이클 단계 동안 유입 부분(40)은 입구(14)와 적어도 부분적으로 중첩되기 때문에, 입구로부터의 액체는 막의 흡입된 부분에 의해 형성된 유입 부분(40)의 공간으로 유입된다. 회전자가 회전함에 따라, 유입 부분의 액체는 유입 부분과 함께 회전하고, 이에 따라 회전하지 않는 막은 회전자가 회전함에 따라 유입 부분으로 슬라이딩 가능하게 흡입된다. 유입 부분 내의 액체는 그 공간 내로 포획되고 회전자와 함께 이동한다. 유입 부분(40)이 더 이상 입구(14)와 중첩되지 않을 때, 유입 부분 내의 액체는 고정자 측벽(50)의 내부 표면(62)과 막 사이에서 포획되고, 유입 부분(40)이 출구(16)와 중첩될 때까지 그 사이로 이동한다. 피스톤 챔버(42)의 저압이 감소되고, 유입 부분 내의 막이 고정자 공동 측벽에 대한 위치로 다시 이동함으로써, 유입 부분에서 포획된 액체를 출구(16)를 통해 배출한다. 막은 특히, 회전자가 회전함에 따라 유입 부분 내외로 쉽게 슬라이딩되고 변형되도록 구성되는 얇은 탄성 중합체 시트로 제조될 수 있다.

변형예에서, 탄성막은 회전자 샤프트 포트(38)의 유입 부분(40)을 덮는 회전자에 고정될 수 있다. 따라서 이 변형예의 막은 회전자와 함께 회전한다. 이 변형예에서, 입구와 출구 사이의 유입 부분 내에 포획된 액체가 완전 밀폐되고 펌프 사이클의 단계 및 배출 단계 사이에서 유입 부분 내에 유지되도록, 유입 부분(40)을 둘러싸고 고정자 측벽의 내부 표면(62)에 대해 편향되는 시일이 제공된다.

2: 마이크로펌프
4: 고정자
14: 입구
16: 출구
18: 회전자 샤프트 수용 공동
50: 측벽
54: 삽입 단부
52: 베이스 벽
12: 피스톤 부분
56: 자유 단부
44: 시일
20: 막
6: 회전자
22: 헤드
24: 샤프트
38: 회전자 샤프트 포트
40: 유입 부분
46: 채널
45: 시일
39: 회전자 공동
42: 피스톤 챔버
58: 내벽
48: 단부
60: 외부(원통형 )표면
26: 회전자-고정자시일
V1: 제 1 밸브
V2: 제 2 밸브
28: 캠 시스템
32: 회전자 상의 캠 트랙
34: 고정자 상의 상보적 캠 팔로워
30: 커플링
36: 편향 메커니즘
8: 회전 구동부

Claims

고정자(4) 및 고정자에 대해 축방향으로 회전 가능하게 이동할 수 있는 회전자(6)를 포함하는 마이크로펌프(2)로서, 고정자는 회전자 샤프트 수용 공동(18)과, 회전자 샤프트 수용 공동(18)에 유동 가능하게 연결된 입구(14)와 출구(16)를 포함하며, 회전자는 회전자 샤프트 수용 공동(18)에 수용되는 샤프트(24)를 포함하는 마이크로펌프(2)에 있어서, 회전자 샤프트(24)는 내부에 고정자의 피스톤 부분(12)을 수용하여 피스톤 챔버(42)를 형성하는 회전자 공동(39)과, 피스톤 부분(12)과 회전자 공동(39)의 내부 측벽 사이에 장착되어 피스톤 챔버(42)의 단부를 밀봉 가능하게 폐쇄하는 시일(44)을 포함하고, 회전자는 피스톤 챔버(42)를 회전자 샤프트(24)의 외부 표면(60)에 유동 가능하게 연결하는 회전자 샤프트 포트(38)를 더 포함하고, 회전자 샤프트 포트(38)는 펌프 흡입 단계에 해당하는 회전자의 회전각(α)에 걸쳐 적어도 부분적으로 입구(14)와 중첩되도록 배치되고, 펌프 배출 단계에 해당하는 회전자의 회전각(β)에 걸쳐 적어도 부분적으로 출구(16)와 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
회전자 샤프트 포트(38)는 회전자 외부 표면(60)에 큰 직경과 회전자 공동(39)을 향한 작은 직경을 갖는 볼록하거나 테이퍼진 형태를 갖는 유입 부분(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
입구(14)는 적어도 30°의 각 세그먼트에 걸쳐 연장되는 직사각형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
출구(16)는 적어도 30°의 각 세그먼트에 걸쳐 연장되는 직사각형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
입구는 30° 내지 120°에서 회전자 샤프트 수용 공동(18)의 내부 표면(62)을 따라 회전축(A) 주위에서 소정 각도에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
출구는 30° 내지 120°에서 회전자 샤프트 수용 공동(18)의 내부 표면(62)을 따라 회전축(A) 주위에서 소정 각도에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
피스톤 부분(12)은 고정자의 베이스 벽(52)으로부터 연장되고, 회전자 샤프트(24)의 단부(48)는 베이스 벽에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
고정자와 회전자는 고정자에 대한 회전자의 각 변위의 함수로서 고정자에 대한 회전자의 축방향 변위를 정의하는 캠 시스템(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
커플링(30)을 통해 회전자(6)에 회전 결합된 회전 구동부(8)를 포함하고, 커플링(30)은 고정자를 향해 회전자에 힘(Fx)을 가하는 편향 메커니즘(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
캠 시스템은 회전자와 고정자 중 하나 상의 캠 트랙(32), 및 고정자와 회전자 중 하나 상의 캠 팔로워(34)를 포함하고, 캠 트랙과 캠 팔로워는 회전자(6)의 헤드(22)의 외경에 배치되고, 헤드는 회전자 샤프트(24)의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 1 항에 있어서,
회전자(6)와 고정자(4) 사이에 배치되고 회전자 샤프트(24) 상의 회전자 샤프트 포트(38)의 유입 부분(40)을 덮도록 배열되는 탄성막(20)을 더 포함하며, 막은 피스톤 챔버(42)의 압력보다 큰 입구 측의 압력으로 인해 유입 부분(40) 내로 변형되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 11 항에 있어서,
막은 고정자(4)에 회전 불가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.
제 11 항에 있어서,
막은 회전자에 고정되고 회전자 샤프트 포트(38)의 유입 부분(40)을 덮는 것을 특징으로 하는 마이크로펌프.